Proč se vodič zahřívá při průchodu proudu?

1) Jaký je tepelný účinek proudu? Za jakých podmínek se pozoruje?

Když proud prochází vodičem, zahřívá se a při prodlužování mírně klesá. V elektrických lampách se tenký wolframový drát zahřívá proudem, dokud jasně nesvítí.

2) Proč se vodič zahřívá při průchodu proudu?

– Když vodičem protéká proud, elektrická energie se přeměňuje na vnitřní energii a vodič se zahřívá.

3) Proč se při průchodu elektrického proudu vodičem vodič prodlužuje?

– Při zahřívání vodiče se zvyšuje potenciální energie interakce mezi molekulami těla; vzdálenost mezi molekulami se zvětšuje, vodič se prodlužuje.

4) Jaký vzorec lze použít k výpočtu množství tepla uvolněného vodičem s proudem?

5) Jak je formulován Joule-Lenzův zákon?

– Množství tepla uvolněného vodičem procházejícím proudem se rovná součinu druhé mocniny proudu, odporu vodiče a času.

6) Dva vodiče stejné délky a průřezu – železný a měděný – jsou zapojeny paralelně. Která uvolní největší množství tepla?

– Protože množství tepla generovaného vodičem závisí na odporu a odpor je určen měrným odporem:

Vodiče jsou zapojeny paralelně, pak U1 = U2
Q = , čím větší R1, tím menší Q, proto se na měděném vodiči generuje více tepla.

II. Historie a vývoj elektrického proudu

Historie elektrického osvětlení začala v roce 1870 vynálezem žárovky, ve které se světlo vyrábělo proudem elektrického proudu. Vůbec první osvětlovací zařízení poháněná elektrickým proudem se objevila na počátku 19. století, kdy byla objevena elektřina. Tyto lampy byly docela nepohodlné, ale přesto se používaly pro pouliční osvětlení.

A nakonec 12. prosince 1876 ruský inženýr Pavel Jabločkov objevil tzv. „Elektrickou svíčku“, ve které 2 uhlíkové destičky, oddělené porcelánovou vložkou, sloužily jako vodič elektřiny, který zahříval oblouk a sloužil jako světelný zdroj. Lampa Yablochkov našla široké uplatnění při osvětlení ulic velkých měst.

III. Spotřebitelé elektřiny

1) Spirála
2) Skleněná láhev
3) Základna lampy
4) Podstavec soklu
5) Pružinový kontakt kartuše

Žárovka s plynovou výbojkou svítí vlivem krátkovlnného záření.

VI. Vzorce pro výpočet nákladů na elektrickou energii

Náklady = A(kWh) x Tarif
A – aktuální práce
P – aktuální výkon
t – provozní doba spotřebiče

V. CFL – kompaktní zářivka

Spočítal jsem úspory spotřebované elektřiny a její náklady při použití CFL v mém pokoji:

W = 150 * 12 * 30 = 54 kWh – za měsíc
Umění. = 54 * 2,81 = 151,74 (rub.) – platba měsíčně za žárovku
W = 20 * 12 * 30 = 7,2 kWh v případě úsporné žárovky
St. = 7,2 * 2,81 = 20,23 (rub.) – platba měsíčně za energeticky úspornou žárovku
Art. = 151,74 – 20,23 = 131,51 (rub.)
St. = 131,51 * 2 = 263,02 (rub.) – úspora, protože v mém pokoji jsou 2 CFL

Ukazuje se tedy, že energeticky úsporná kompaktní zářivka je i přes svou vysokou cenu ekonomičtější než levná žárovka.

VI. Případová studie

P1 = 100W = 0,1kW – žárovka
P2 = 20W = 0,02 kW – úsporná žárovka

Za měsíc (30 dní)

St.1. = 0,1 kW * 180 hodin * 2,81 rublů = 50,58 rublů.
St2. = 0,02 kW * 180 hodin * 2,81 rub.
Úspora energie 18 kW – 3,6 kW = 14,4 kW

St. 1. = 0,1 kW * 2190 hodin * 2,81 rub. = 615,39 rub.
St. 2. = 0,02 kW * 2190 hodin * 2,81 rub. = 123,08 rub.
Úspora energie: 219 kW – 43,8 kW = 175 kW
Náklady s přihlédnutím k nákladům na žárovky: s energeticky úspornou žárovkou dosáhly úspory 492,3 rublů.

VII. Úspora energie – jeden z prioritních úkolů. Důvodem je nedostatek základních energetických zdrojů, zvyšující se náklady na jejich výrobu a také ekologické problémy.

Dne 23. listopadu 2009 podepsal prezident Ruské federace D.A. Medveděv federální zákon č. 262-F3 „O úsporách energie a zvyšování energetické účinnosti ao zavádění změn některých právních předpisů Ruské federace“

Co se v naší škole děje v oblasti úspor energie?

– Naše lyceum používá energeticky úsporné zářivky. Během vyučovacích hodin jsou poskytovány stručné pokyny k úsporám energie. Topná zařízení se používají racionálně.

• Hlavní možnosti úspory energie, které závisí na nás, studentech, jsou úspory elektřiny a tepla
• Elektrické světlo používejte pouze v případě potřeby
• Neprovozujte počítač v kancelářích od rána do večera
• Lepení a izolace oken pomáhá udržet teplo.
• Ujistěte se, že jsou dveře a okna pevně zavřená
• Otevřete žaluzie v kancelářích, jinak žárovky v kancelářích svítí celý den
• Během vyučování svítí na chodbách světla.

• Vyměňte žárovky za moderní energeticky úsporné žárovky
• Vypněte nepoužívaná zařízení ze sítě (TV, VCR, stereo systém)
• Perte v pračce s plnou náplní a zvolte správný režim praní
• Odstraňte vodní kámen z rychlovarné konvice včas
• Prádlo nepřesušujte, ušetříte tím peníze při žehlení
• Vyměňujte prachové sáčky ve vysavači častěji
• Umístěte chladničku na nejchladnější místo v kuchyni
• Použijte světelné závěsy, tapety
• Čistěte okna častěji, menší množství květin umístěte na okenní parapety
• Nezakrývejte radiátory silnými závěsy

VIII. Posílení naučeného materiálu

1. Spirála elektrického sporáku byla zkrácena. Jak se změní množství tepla, které se v něm uvolní, pokud je dlaždice zapnutá na stejné napětí?
2. Kolik tepla se za hodinu uvolní ve vodiči s odporem 10 Ohmů při proudu 2 A?
3. Určete množství tepla vyrobeného elektrickým spotřebičem o výkonu 2 kW za 10 minut provozu.

IX. Domácí práce

§ 53, 54 učebnice, otázky k paragrafu.
Dokončete úkol ze cvičení. 27

Tepelným účinkem elektrického proudu se rozumí uvolnění tepelné energie při průchodu proudu vodičem. Když proud prochází vodičem, volné elektrony, které produkují proud, se srazí s ionty a atomy vodiče a zahřejí jej.

Množství uvolněného tepla lze v tomto případě určit pomocí Joule-Lenzova zákona, který je formulován následovně: množství tepla uvolněného při průchodu elektrického proudu vodičem se rovná součinu druhé mocniny proudu, odpor daného vodiče a doba průchodu proudu vodičem.

Když vezmeme proud v ampérech, odpor v ohmech a čas v sekundách, získáme množství tepla v joulech. A vzhledem k tomu, že součinem proudu a odporu je napětí a součinem napětí a proudu je výkon, výsledkem je, že množství uvolněného tepla se v tomto případě rovná množství elektrické energie přenesené na daný vodič během průchodu. proudu přes něj. To znamená, že elektrická energie se přeměňuje na tepelnou energii Výroba tepelné energie z elektrické energie se od starověku široce využívá v různých technologiích. Elektrická topná zařízení, jako jsou topidla, ohřívače vody, elektrické sporáky, páječky, elektrické trouby atd., stejně jako elektrické svařování, žárovky a mnoho dalšího, využívají k výrobě tepla právě tento princip.

Ale ve velkém množství elektrických zařízení je zahřívání způsobené proudem škodlivé: elektromotory, transformátory, dráty, elektromagnety atd. – v těchto zařízeních, která nejsou určena k vytváření tepla, zahřívání snižuje jejich účinnost, narušuje efektivní provoz a může dokonce vést k nouzovým situacím Pro každý vodič existuje v závislosti na parametrech prostředí určitá přípustná hodnota proudu, při které se vodič znatelně nezahřívá.

Chcete-li tedy například zjistit přípustné proudové zatížení vodičů, použijte parametr “aktuální hustota”, charakterizující proud na 1 mm čtvereční plochy průřezu daného vodiče.

Přípustná hustota proudu pro každý vodivý materiál je za určitých podmínek různá, závisí na mnoha faktorech: typu izolace, intenzitě chlazení, okolní teplotě, průřezu atd.

Například u elektrických strojů, kde jsou vinutí obvykle vyrobena z mědi, by maximální přípustná proudová hustota neměla překročit 3-6 ampér na čtvereční mm. Pro žárovku, nebo spíše pro její wolframové vlákno, ne více než 15 ampér na čtvereční mm.

Pro osvětlovací a silové síťové vodiče se maximální přípustná proudová hustota bere na základě typu jejich izolace a průřezu.

Pokud je materiálem vodiče měď a izolace je pryž, pak při ploše průřezu např. 4 mm10,2 je povolena proudová hustota nejvýše 50 ampér na mm4,3, a pokud je sekce je 12,5 mm5,6, pak bude přípustná proudová hustota pouze XNUMX ampéru na mmXNUMX. Pokud vodiče uvedené oblasti nemají izolaci, budou přípustné proudové hustoty XNUMX a XNUMX ampér na mmXNUMX.

Jaký je důvod poklesu přípustné proudové hustoty u vodičů většího průřezu? Faktem je, že vodiče s významnou plochou průřezu, na rozdíl od vodičů s malým průřezem, mají uvnitř větší objem vodivého materiálu a ukazuje se, že vnitřní vrstvy vodiče jsou samy obklopeny topnými vrstvami, které zasahovat do odvodu tepla zevnitř.

Čím větší je povrch vodiče v poměru k jeho objemu, tím větší proudovou hustotu vodič vydrží bez přehřátí. Neizolované vodiče umožňují zahřátí na vyšší teplotu, protože teplo je z nich odváděno přímo do okolí, izolace to neruší a dochází k rychlejšímu ochlazování, takže je u nich povolena vyšší proudová hustota než u izolovaných vodičů.

Pokud překročíte proud povolený pro vodič, začne se přehřívat a v určitém okamžiku bude jeho teplota příliš vysoká. Izolace vinutí elektromotoru, generátoru nebo jen elektroinstalace se může za takových podmínek spálit nebo vznítit, což může vést ke zkratu a požáru. Pokud mluvíme o neizolovaném drátu, pak se při vysokých teplotách může jednoduše roztavit a přerušit obvod, ve kterém slouží jako vodič.

Překročení povoleného proudu je obvykle zabráněno. Proto se v elektrických instalacích obvykle přijímají speciální opatření k automatickému odpojení od zdroje energie té části obvodu nebo elektrického přijímače, ve které došlo k nadproudu nebo zkratu. K tomuto účelu se používají jističe, pojistky a další zařízení, která mají podobnou funkci – přerušit obvod při přetížení.

Z Joule-Lenzova zákona vyplývá, že k přehřátí vodiče může dojít nejen v důsledku nadproudu jeho průřezem, ale také v důsledku vyššího odporu vodiče. Z tohoto důvodu je pro plný a spolehlivý provoz každé elektroinstalace mimořádně důležitý odpor, zejména v místech, kde se jednotlivé vodiče vzájemně spojují.

Nejsou-li vodiče pevně spojeny, není-li jejich vzájemný kontakt kvalitní, pak bude odpor na přechodu (tzv. přechodový odpor na kontaktu) vyšší než u pevného úseku vodiče téhož. délka V důsledku průchodu proudu takto nekvalitním spojením není dostatečně těsné spojení, místo tohoto spojení se přehřívá, což může vést k požáru, vyhoření vodičů nebo dokonce požáru.

Aby se tomu zabránilo, jsou konce připojených vodičů spolehlivě odizolovány, udržovány a opatřeny kabelovými oky (pájenými nebo lisovanými) nebo objímkami, které poskytují rezervu pro přechodový odpor v místě kontaktu. Takové výstupky mohou být pevně připevněny ke svorkám elektrického stroje pomocí šroubů.

U elektrických zařízení určených k zapínání a vypínání proudu se také provádějí opatření ke snížení přechodového odporu mezi kontakty.